JP2015177175A - 光電変換素子および光電変換素子の製造方法 - Google Patents

光電変換素子および光電変換素子の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】特性および信頼性を向上させることが可能な光電変換素子および光電変換素子の製造方法を提供する。【解決手段】光電変換素子は、半導体基板1の一方の表面の一部に第1のi型半導体膜2と第1導電型半導体膜3とを備え、半導体基板の表面の他の一部に第2のi型半導体膜4と第2導電型半導体膜5とを備えている。第1導電型半導体膜3上には第1導電型用電極層11が設けられており、第2導電型半導体膜5上には第2導電型用電極層12が設けられている。第1導電型半導体膜3の一端上に第2のi型半導体膜4の一端が位置している。第1導電型半導体膜3の一端と第2のi型半導体膜4の一端との間に介在層8を備えている。【選択図】図1

Description

本発明は、光電変換素子および光電変換素子の製造方法に関する。
太陽光エネルギを電気エネルギに直接変換する太陽電池は、近年、特に、地球環境問題の観点から、次世代のエネルギ源としての期待が急激に高まっている。太陽電池には、化合物半導体または有機材料を用いたものなど様々な種類のものがあるが、現在、主流となっているのは、シリコン結晶を用いたものである。
現在、最も多く製造および販売されている太陽電池は、太陽光が入射する側の面である受光面と、受光面の反対側である裏面とにそれぞれ電極が形成された構造のものである。
しかしながら、受光面に電極を形成した場合には、電極における太陽光の反射および吸収があることから、電極の面積分だけ入射する太陽光の量が減少する。そのため、裏面のみに電極を形成した太陽電池の開発が進められている(たとえば特許文献1参照)。
図33に、従来の特許文献1に記載の裏面のみに電極が形成された太陽電池の模式的な断面図を示す。図33に示すように、特許文献1に記載の太陽電池においては、n型またはp型の導電性を有する半導体基板100の裏面の一部にIP積層体114が設けられており、IP積層体114上にp側電極117が設けられており、IP積層体114とp側電極117との積層体を覆うようにして絶縁層118が設けられている。また、半導体基板100の裏面の他の一部と絶縁層118とを覆うようにしてIN積層体119が設けられており、IN積層体119の全面を被覆するようにn側電極122が設けられている。また、半導体基板100の受光面上には、i型非晶質半導体層112と、i型非晶質半導体層112上のn型非晶質半導体層113とが設けられている。
ここで、IP積層体114は、i型非晶質半導体層115とp型非晶質半導体層116との積層体から構成されている。また、p側電極117は、IP積層体114上に設けられたTCO層117aと金属層117bとの積層体から構成されている。また、絶縁層118は、IP積層体114およびp側電極117を被覆する第1の絶縁層118aと第2の絶縁層118bとの積層体から構成されている。また、IN積層体119は、絶縁層118を被覆するi型非晶質半導体層120とn型非晶質半導体層121との積層体から構成されている。さらに、n側電極122は、IN積層体119を被覆するTCO層122aと金属層122bとの積層体から構成されている。
図33に示される特許文献1に記載の太陽電池は、半導体基板100の受光面側から太陽光111を入射させることにより半導体基板100の内部でキャリアが生成し、p側電極117とn側電極122とから外部に取り出される。
特開2011−204832号公報
近年、太陽電池等の光電変換素子の技術分野においては、特性および信頼性を向上させることが強く要望されており、その検討が進められている。
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、特性および信頼性を向上させることが可能な光電変換素子および光電変換素子の製造方法を提供することにある。
本発明の第1の態様によれば、半導体基板と、半導体基板の一方の表面の一部に設けられた第1のi型半導体膜と、第1のi型半導体膜上に設けられた第1導電型半導体膜と、半導体基板の表面の他の一部に設けられた第2のi型半導体膜と、第2のi型半導体膜上に設けられた第2導電型半導体膜と、第1導電型半導体膜上に設けられた第1導電型用電極層と、第2導電型半導体膜上に設けられた第2導電型用電極層とを備え、第1導電型半導体膜の一端上に第2のi型半導体膜の一端が位置しており、第1導電型半導体膜の一端と第2のi型半導体膜の一端との間に介在層を備えている光電変換素子を提供することができる。
本発明の第2の態様によれば、半導体基板の一方の表面上に第1のi型半導体膜を形成する工程と、第1のi型半導体膜上に第1導電型半導体膜を形成する工程と、第1導電型半導体膜上に介在層を形成する工程と、第1のi型半導体膜と第1導電型半導体膜と介在層とを含む第1の積層体の一部を厚さ方向に除去する工程と、半導体基板の表面上および介在層上に第2のi型半導体膜を形成する工程と、第2のi型半導体膜上に第2導電型半導体膜を形成する工程と、第1導電型半導体膜の一端と第2のi型半導体膜の一端との間に介在層の一部を残すように介在層と第2のi型半導体膜と第2導電型半導体膜とを含む第2の積層体の一部を厚さ方向にウエットエッチングする工程と、第1導電型半導体膜上に第1導電型用電極層を形成するとともに、第2導電型半導体膜上に第2導電型用電極層を形成する工程とを含む光電変換素子の製造方法を提供することができる。
本発明によれば、特性および信頼性を向上させることが可能な光電変換素子および光電変換素子の製造方法を提供することができる。
実施の形態1のヘテロ接合型バックコンタクトセルの模式的な断面図である。 実施の形態1のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例を図解する模式的な断面図である。 実施の形態1のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例を図解する模式的な断面図である。 実施の形態1のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例を図解する模式的な断面図である。 実施の形態1のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例を図解する模式的な断面図である。 実施の形態1のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例を図解する模式的な断面図である。 実施の形態1のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例を図解する模式的な断面図である。 実施の形態1のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例を図解する模式的な断面図である。 実施の形態1のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例を図解する模式的な断面図である。 実施の形態1のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例を図解する模式的な断面図である。 実施の形態1のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例を図解する模式的な断面図である。 実施の形態1のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例を図解する模式的な断面図である。 実施の形態1のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例を図解する模式的な断面図である。 実施の形態1のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例を図解する模式的な断面図である。 実施の形態1のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例を図解する模式的な断面図である。 実施の形態1のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例を図解する模式的な断面図である。 実施の形態1のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例を図解する模式的な断面図である。 実施の形態1のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例を図解する模式的な断面図である。 実施の形態2のヘテロ接合型バックコンタクトセルの模式的な断面図である。 実施の形態2のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例を図解する模式的な断面図である。 実施の形態2のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例を図解する模式的な断面図である。 実施の形態2のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例を図解する模式的な断面図である。 実施の形態2のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例を図解する模式的な断面図である。 実施の形態2のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例を図解する模式的な断面図である。 実施の形態2のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例を図解する模式的な断面図である。 実施の形態2のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例を図解する模式的な断面図である。 実施の形態2のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例を図解する模式的な断面図である。 実施の形態2のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例を図解する模式的な断面図である。 実施の形態2のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例を図解する模式的な断面図である。 実施の形態2のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例を図解する模式的な断面図である。 実施の形態2のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例を図解する模式的な断面図である。 実施の形態3のヘテロ接合型バックコンタクトセルの模式的な断面図である。 従来の特許文献1に記載の裏面のみに電極が形成された太陽電池の模式的な断面図である。
以下、本発明の一例である実施の形態について説明する。なお、実施の形態の説明に用いられる図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
[実施の形態1]
<光電変換素子の構成>
図1に、本発明の光電変換素子の一例である実施の形態1のヘテロ接合型バックコンタクトセルの模式的な断面図を示す。実施の形態1のヘテロ接合型バックコンタクトセルは、n型単結晶シリコン基板からなる半導体基板1と、半導体基板1の一方の表面の一部に設けられたi型非晶質シリコン膜からなる第1のi型半導体膜2と、第1のi型半導体膜2上に設けられたp型非晶質シリコン膜からなる第1導電型半導体膜3と、半導体基板1の当該一方の表面の一部に設けられたi型非晶質シリコン膜からなる第2のi型半導体膜4と、第2のi型半導体膜4上に設けられたn型非晶質シリコン膜からなる第2導電型半導体膜5と、第1導電型半導体膜3上に設けられた第1導電型用電極層11と、第2導電型半導体膜5上に設けられた第2導電型用電極層12とを備えている。第1導電型用電極層11および第2導電型用電極層12は、それぞれ、第1金属層9と第2金属層10との積層体から構成されている。
図1に示すように、半導体基板1の裏面の全面が、第1のi型半導体膜2と第2のi型半導体膜4とで覆われており、第2のi型半導体膜4と第2導電型半導体膜5との積層体の一端が、n型非晶質シリコン膜からなる介在層8を介して、第1のi型半導体膜2と第1導電型半導体膜3との積層体の一端を覆っている。すなわち、第1導電型半導体膜3の一端と第2のi型半導体膜4の一端との間に介在層8が設けられている。また、第1導電型用電極層11と第2導電型用電極層12とが電気的に絶縁されている。
また、実施の形態1のヘテロ接合型バックコンタクトセルは、半導体基板1の他方の表面である受光面の凹凸1a上に設けられた第3のi型半導体膜6と、第3のi型半導体膜6上に設けられた第2の第2導電型半導体膜7とを備えている。
<光電変換素子の製造方法>
以下、図2〜図18の模式的断面図を参照して、実施の形態1のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例について説明する。まず、図2に示すように、半導体基板1の受光面に凹凸1aを形成する。
ここで、半導体基板1の受光面の凹凸1aは、たとえば、半導体基板1の裏面の全面にテクスチャマスクを形成した後に、半導体基板1の受光面をテクスチャエッチングすることにより形成することができる。テクスチャマスクとしては、たとえば、窒化シリコンまたは酸化シリコンを用いることができる。また、テクスチャエッチングに用いられるエッチャントとしては、たとえば、シリコンを溶解可能なアルカリ溶液を用いることができる。
半導体基板1としては、n型単結晶シリコン基板を好適に用いることができるが、n型単結晶シリコン基板に限定されず、たとえば従来から公知の半導体基板を用いることもできる。
次に、図3に示すように、半導体基板1の受光面の凹凸1a上に、第3のi型半導体膜6を形成する。第3のi型半導体膜6の形成方法は特に限定されないが、たとえばプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いることができる。
第3のi型半導体膜6としては、i型非晶質シリコン膜を好適に用いることができるがi型非晶質シリコン膜に限定されず、たとえば従来から公知のi型半導体膜を用いることもできる。
次に、図4に示すように、第3のi型半導体膜6上に第2の第2導電型半導体膜7を形成する。第2の第2導電型半導体膜7の形成方法は特に限定されないが、たとえばプラズマCVD法を用いることができる。
第2の第2導電型半導体膜7としては、n型非晶質シリコン膜を好適に用いることができるが、n型非晶質シリコン膜に限定されず、たとえば従来から公知のn型半導体膜を用いることもできる。なお、第2の第2導電型半導体膜7に含まれるn型不純物としては、たとえばリンを用いることができる。
なお、本明細書において「i型」とは、完全な真性の状態だけでなく、十分に低濃度(n型不純物濃度が1×1015個/cm3未満、かつp型不純物濃度が1×1015個/cm3未満)であればn型またはp型の不純物が混入された状態のものも含む意味である。
また、本明細書において「非晶質シリコン」には、シリコン原子の未結合手(ダングリングボンド)が水素で終端されていない非晶質シリコンだけでなく、水素化非晶質シリコンなどのシリコン原子の未結合手が水素で終端されたものも含まれるものとする。
次に、図5に示すように、半導体基板1の裏面の全面に第1のi型半導体膜2を形成する。第1のi型半導体膜2の形成方法は特に限定されないが、たとえばプラズマCVD法を用いることができる。
第1のi型半導体膜2としては、i型非晶質シリコン膜を好適に用いることができるがi型非晶質シリコン膜に限定されず、たとえば従来から公知のi型半導体膜を用いることもできる。
次に、図6に示すように、半導体基板1の裏面の第1のi型半導体膜2上に第1導電型半導体膜3を形成する。第1導電型半導体膜3の形成方法は特に限定されないが、たとえばプラズマCVD法を用いることができる。
第1導電型半導体膜3としては、p型非晶質シリコン膜を好適に用いることができるがp型非晶質シリコン膜に限定されず、たとえば従来から公知のp型半導体膜を用いることもできる。なお、第1導電型半導体膜3に含まれるp型不純物としては、たとえばボロンを用いることができる。
次に、図7に示すように、第1導電型半導体膜3上に介在層8を形成する。介在層8の形成方法は特に限定されないが、たとえばプラズマCVD法を用いることができる。
介在層8としては、n型非晶質シリコン膜を好適に用いることができるが、n型非晶質シリコン膜に限定されず、たとえば従来から公知のn型半導体膜を用いることもできる。なお、介在層8に含まれるn型不純物としては、たとえばリンを用いることができる。介在層8を構成するn型非晶質シリコン膜等のn型半導体膜のn型不純物濃度は、1×1015個/cm3以上とされる。ここで、n型不純物濃度は、二次イオン質量分析法(SIMS;Secondary Ion Mass Spectrometry)によって測定することができる。
次に、図8に示すように、半導体基板1の裏面上に、第1のi型半導体膜2と第1導電型半導体膜3と介在層8との積層体51を残す部分にのみフォトレジスト等のエッチングマスク21を形成する。
次に、図9に示すように、エッチングマスク21をマスクとして、第1のi型半導体膜2と第1導電型半導体膜3と介在層8との積層体51の一部を厚さ方向にウエットエッチングする。これにより、半導体基板1の表面を露出させる。また、エッチングマスク21をマスクとして用いたウエットエッチングに代えて、たとえばレーザ光の照射によって積層体51の一部を除去してもよい。
次に、図10に示すように、半導体基板1の裏面の露出部分および介在層8を覆うように、第2のi型半導体膜4を形成する。第2のi型半導体膜4の形成方法は特に限定されないが、たとえばプラズマCVD法を用いることができる。
第2のi型半導体膜4としては、i型非晶質シリコン膜を好適に用いることができるがi型非晶質シリコン膜に限定されず、たとえば従来から公知のi型半導体膜を用いることもできる。
次に、図11に示すように、第2のi型半導体膜4上に第2導電型半導体膜5を形成する。第2導電型半導体膜5の形成方法は特に限定されないが、たとえばプラズマCVD法を用いることができる。
第2導電型半導体膜5としては、n型非晶質シリコン膜を好適に用いることができるがn型非晶質シリコン膜に限定されず、たとえば従来から公知のn型半導体膜を用いることもできる。なお、第2導電型半導体膜5に含まれるn型不純物としては、たとえばリンを用いることができる。
次に、図12に示すように、半導体基板1の裏面上の第2のi型半導体膜4と第2導電型半導体膜5との積層体52を残す部分にのみフォトレジスト等のエッチングマスク22を形成する。
次に、エッチングマスク22をマスクとして、第1導電型半導体膜3の一端と第2のi型半導体膜4の一端との間に介在層8の一部を残すように、第2のi型半導体膜4と第2導電型半導体膜5とからなる積層体52の一部を厚さ方向にウエットエッチングすることによって、図13に示すように、第1導電型半導体膜3の一部を露出させる。
次に、図14に示すように、第2導電型半導体膜5からエッチングマスク22を完全に除去する。
次に、図15に示すように、第1導電型半導体膜3および第2導電型半導体膜5の全面を覆うように第1金属層9を形成する。第1金属層9としては、ITO膜を好適に用いることができるが、これに限定されるものではない。第1金属層9の形成方法も特に限定されず、たとえば蒸着法などを用いることができる。
次に、図16に示すように、第1金属層9上に第2金属層10を形成する。第2金属層10としては、銀膜を好適に用いることができるが、これに限定されるものではない。第2金属層10の形成方法も特に限定されず、たとえば蒸着法を用いることができる。
次に、図17に示すように、第1導電型用電極層11および第2導電型用電極層12の形成領域に対応する第2金属層10の表面上にフォトレジスト等のエッチングマスク23を形成する。
次に、図18に示すように、エッチングマスク23が形成されていない第1金属層9および第2金属層10の箇所をエッチングする。なお、エッチングマスク23を用いたエッチングに代えて、たとえばレーザ光の照射によって、第1金属層9および第2金属層10を部分的に除去してもよい。
その後、エッチングマスク23を除去することによって、図1に示す構成の実施の形態1のヘテロ接合型バックコンタクトセルが完成する。
<作用効果>
実施の形態1においては、p型非晶質シリコン膜からなる第1導電型半導体膜3上に、n型非晶質シリコン膜からなる介在層8を形成した後に、i型非晶質シリコン膜からなる第2のi型半導体膜4とn型非晶質シリコン膜からなる第2導電型半導体膜5とをこの順序で形成し、その後、図13に示すように、第1導電型半導体膜3の一端と第2のi型半導体膜4の一端との間に介在層8の一部が残るように、介在層8、第2のi型半導体膜4および第2導電型半導体膜5をウエットエッチングすることによって、第1導電型半導体膜3の表面を露出させている。
これにより、実施の形態1においては、p型非晶質シリコン膜からなる第1導電型半導体膜3上にi型非晶質シリコン膜からなる第2のi型半導体膜4を直接形成して上記と同様のウエットエッチングを行った場合と比べて、抵抗となるi型非晶質シリコン膜からなる第2のi型半導体膜4等の残留物の少ない第1導電型半導体膜3のきれいな表面を露出させて、当該第1導電型半導体膜3の露出面上に第1導電型用電極層11を形成することができるため、第1導電型半導体膜3に対する第1導電型用電極層11のコンタクト抵抗を低減することができ、ひいては、実施の形態1のヘテロ接合型バックコンタクトセルの特性および信頼性を向上することができる。
ここで、p型非晶質シリコン膜からなる第1導電型半導体膜3と比べてn型非晶質シリコン膜からなる介在層8のエッチングレートが大きくなるエッチャントを用い、第1導電型半導体膜3をエッチングストップ層として上記のウエットエッチングを行うことが好ましい。この場合には、第1導電型半導体膜3の表面における第2のi型半導体膜4等の残留物をさらに低減した状態で、第1導電型半導体膜3の表面を露出させることができるため、実施の形態1のヘテロ接合型バックコンタクトセルの特性および信頼性をさらに向上することができる。
なお、実施の形態1において、p型非晶質シリコン膜からなる第1導電型半導体膜3と比べてn型非晶質シリコン膜からなる介在層8のエッチングレートが大きくなるエッチャントとしては、たとえば水酸化ナトリウム水溶液および/または水酸化カリウム水溶液などのアルカリ溶液を挙げることができる。
また、実施の形態1のヘテロ接合型バックコンタクトセルにおいて、第1のi型半導体膜2と第1導電型半導体膜3と介在層8との厚さの合計は、5nm以上であることが好ましく、10nm以上であることがより好ましい。第1のi型半導体膜2と第1導電型半導体膜3と介在層8との厚さの合計が、5nm以上である場合、特に10nm以上である場合には、これらの膜の積層体によるパッシベーション性を向上させることができる。
[実施の形態2]
<光電変換素子の構成>
図19に、本発明の光電変換素子の他の一例である実施の形態2のヘテロ接合型バックコンタクトセルの模式的な断面図を示す。実施の形態2のヘテロ接合型バックコンタクトセルは、第1導電型半導体膜3の一端と第2のi型半導体膜4の一端との間にITO膜からなる介在層31を備えていることを特徴としている。
<光電変換素子の製造方法>
以下、実施の形態2のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例について説明する。まず、実施の形態1と同様にして、図6に示すように、半導体基板1の受光面の凹凸1a上に第3のi型半導体膜6および第2の第2導電型半導体膜7をこの順序で形成するとともに、半導体基板1の裏面上に第1のi型半導体膜2および第1導電型半導体膜3をこの順序で形成する。
次に、図20の模式的断面図に示すように、第1導電型半導体膜3上にITO膜からなる介在層31を形成する。ITO膜からなる介在層31の形成方法は特に限定されず、たとえばスパッタリング法などを用いることができる。
次に、図21の模式的断面図に示すように、半導体基板1の裏面上に、第1のi型半導体膜2と第1導電型半導体膜3と介在層31との積層体51を残す部分にのみフォトレジスト等のエッチングマスク21を形成する。
次に、図22の模式的断面図に示すように、エッチングマスク21をマスクとして、第1のi型半導体膜2と第1導電型半導体膜3と介在層31との積層体51の一部を厚さ方向にウエットエッチングする。これにより、半導体基板1の裏面の一部を露出させる。
次に、図23の模式的断面図に示すように、半導体基板1の裏面の露出部分および介在層31を覆うように、第2のi型半導体膜4を形成する。引き続いて、図24の模式的断面図に示すように、第2のi型半導体膜4上に第2導電型半導体膜5を形成する。
次に、図25の模式的断面図に示すように、半導体基板1の裏面上の第2のi型半導体膜4と第2導電型半導体膜5との積層体52を残す部分にのみフォトレジスト等のエッチングマスク22を形成する。
次に、エッチングマスク22をマスクとして、第1導電型半導体膜3の一端と第2のi型半導体膜4の一端との間に介在層31の一部を残すように、第2のi型半導体膜4と第2導電型半導体膜5との積層体52の一部を厚さ方向にウエットエッチングすることによって、図26の模式的断面図に示すように、第1導電型半導体膜3の表面を露出させる。
ここで、p型非晶質シリコン膜からなる第1導電型半導体膜3と比べてITO膜からからなる介在層31のエッチングレートが大きくなるエッチャントとしては、たとえばフッ酸を挙げることができる。
次に、図27の模式的断面図に示すように、第2導電型半導体膜5からエッチングマスク22を完全に除去する。
次に、図28の模式的断面図に示すように、第1導電型半導体膜3および第2導電型半導体膜5の全面を覆うように第1金属層9を形成し、引き続いて、図29の模式的断面図に示すように、第1金属層9上に第2金属層10を形成する。
次に、図30の模式的断面図に示すように、第1導電型用電極層11および第2導電型用電極層12の形成領域に対応する第2金属層10の表面上にフォトレジスト等のエッチングマスク23を形成する。
次に、図31の模式的断面図に示すように、エッチングマスク23が形成されていない第1金属層9および第2金属層10の箇所をエッチングする。
その後、エッチングマスク23を除去することによって、図19に示す構成の実施の形態2のヘテロ接合型バックコンタクトセルが完成する。
<作用効果>
実施の形態2においては、p型非晶質シリコン膜からなる第1導電型半導体膜3上に、ITO膜からなる介在層31を形成した後に、i型非晶質シリコン膜からなる第2のi型半導体膜4とn型非晶質シリコン膜からなる第2導電型半導体膜5とをこの順序で形成して、その後、図26に示すように、第1導電型半導体膜3の一端と第2のi型半導体膜4の一端との間に介在層31の一部が残るように、介在層31、第2のi型半導体膜4および第2導電型半導体膜5をウエットエッチングすることによって、第1導電型半導体膜3の表面を露出させている。
これにより、実施の形態2においても、p型非晶質シリコン膜からなる第1導電型半導体膜3上にi型非晶質シリコン膜からなる第2のi型半導体膜4を直接形成して上記と同様のウエットエッチングを行った場合と比べて、抵抗となるi型非晶質シリコン膜からなる第2のi型半導体膜4等の残留物の少ない第1導電型半導体膜3のきれいな表面を露出させて、当該第1導電型半導体膜3の露出面上に第1導電型用電極層11を形成することができるため、第1導電型半導体膜3に対する第1導電型用電極層11のコンタクト抵抗を低減することができ、ひいては、実施の形態2のヘテロ接合型バックコンタクトセルの特性および信頼性を向上することができる。
ここで、実施の形態2においても、p型非晶質シリコン膜からなる第1導電型半導体膜3と比べてITO膜からなる介在層31のエッチングレートが大きくなるエッチャントを用い、第1導電型半導体膜3をエッチングストップ層として機能させて上記のウエットエッチングを行うことが好ましい。この場合には、第1導電型半導体膜3の表面における第2のi型半導体膜4等の残留物をさらに低減した状態で、第1導電型半導体膜3の表面を露出させることができるため、実施の形態2のヘテロ接合型バックコンタクトセルの特性および信頼性をさらに向上することができる。
なお、実施の形態2において、p型非晶質シリコン膜からなる第1導電型半導体膜3と比べてITO膜からなる介在層31のエッチングレートが大きくなるエッチャントとしては、たとえばフッ酸を挙げることができる。
実施の形態2は、n型非晶質シリコン膜からなる介在層8に代えて、ITO膜からなる介在層31を用いたこと以外は実施の形態1と同様であるため、同様の説明については繰り返さない。
[実施の形態3]
<光電変換素子の構成>
図32に、本発明の光電変換素子の他の一例である実施の形態3のヘテロ接合型バックコンタクトセルの模式的な断面図を示す。実施の形態3のヘテロ接合型バックコンタクトセルは、第1導電型半導体膜3の一端と第2のi型半導体膜4の一端との間に酸化シリコン膜からなる介在層41を備えていることを特徴としている。
<光電変換素子の製造方法>
実施の形態3のヘテロ接合型バックコンタクトセルは、ITO膜からなる介在層31に代えて、酸化シリコン膜からなる介在層41を用いること以外は実施の形態2と同様にして製造することができる。なお、酸化シリコン膜からなる介在層41は、たとえばCVD法によって形成することができる。
<作用効果>
実施の形態3においては、p型非晶質シリコン膜からなる第1導電型半導体膜3上に、酸化シリコン膜からなる介在層41を形成した後に、i型非晶質シリコン膜からなる第2のi型半導体膜4とn型非晶質シリコン膜からなる第2導電型半導体膜5とをこの順序で形成して、その後、第1導電型半導体膜3の一端と第2のi型半導体膜4の一端との間に介在層41の一部が残るように、介在層41、第2のi型半導体膜4および第2導電型半導体膜5をウエットエッチングすることによって、第1導電型半導体膜3の表面を露出させている。
これにより、実施の形態3においても、抵抗となるi型非晶質シリコン膜からなる第2のi型半導体膜4等の残留物の少ない第1導電型半導体膜3のきれいな表面上に第1導電型用電極層11を形成することができるため、第1導電型半導体膜3に対する第1導電型用電極層11のコンタクト抵抗を低減することができ、ひいては、ヘテロ接合型バックコンタクトセルの特性および信頼性を向上することができる。
また、実施の形態3においても、ヘテロ接合型バックコンタクトセルの特性および信頼性をさらに向上する観点からは、p型非晶質シリコン膜からなる第1導電型半導体膜3と比べて酸化シリコン膜からなる介在層41のエッチングレートが大きくなるエッチャントを用い、第1導電型半導体膜3をエッチングストップ層として上記のウエットエッチングを行うことが好ましい。
なお、実施の形態3において、p型非晶質シリコン膜からなる第1導電型半導体膜3と比べて酸化シリコン膜からなる介在層41のエッチングレートが大きくなるエッチャントとしては、たとえばフッ酸を挙げることができる。
実施の形態3は、ITO膜からなる介在層31に代えて、酸化シリコン膜からなる介在層41を用いたこと以外は実施の形態1と同様であるため、同様の説明については繰り返さない。
[その他の実施形態]
実施の形態1〜3において、介在層としては、n型非晶質シリコン膜、ITO膜または酸化シリコン膜を用いる場合について説明したが、これらに限定されるものではなく、第2のi型半導体膜4と第2導電型半導体膜5との積層体52のウエットエッチングに用いられるエッチャントのエッチングレートが第1導電型半導体膜3と比べて大きくなる材質を適宜用いることができ、たとえば酸化シリコン膜とITO膜との積層体のようにこれらの膜を組み合わせて用いてもよく、上記以外の材質の1層以上の膜を用いてもよい。
[付記]
(1)本発明の第1の態様によれば、半導体基板と、半導体基板の一方の表面の一部に設けられた第1のi型半導体膜と、第1のi型半導体膜上に設けられた第1導電型半導体膜と、半導体基板の表面の他の一部に設けられた第2のi型半導体膜と、第2のi型半導体膜上に設けられた第2導電型半導体膜と、第1導電型半導体膜上に設けられた第1導電型用電極層と、第2導電型半導体膜上に設けられた第2導電型用電極層とを備え、第1導電型半導体膜の一端上に第2のi型半導体膜の一端が位置しており、第1導電型半導体膜の一端と第2のi型半導体膜の一端との間に介在層を備えている光電変換素子を提供することができる。本発明の第1の態様においては、第1導電型半導体膜上に第2のi型半導体膜を直接形成した場合と比べて、第2のi型半導体膜等の残留物を低減した状態の第1導電型半導体膜の表面上に第1導電型用電極層を形成することができるため、第1導電型半導体膜に対する第1導電型用電極層のコンタクト抵抗を低減することができ、ひいては、光電変換素子の特性および信頼性を向上することができる。
(2)本発明の第1の態様において、第1導電型半導体膜は、介在層のエッチングストップ層であることが好ましい。この場合には、第2のi型半導体膜、第2導電型半導体膜および介在層等の残留物をさらに低減した第1導電型半導体膜の表面上に第1導電型用電極層を形成することができる。
(3)本発明の第1の態様において、第1導電型半導体膜は、p型非晶質シリコン膜を含み、介在層は、n型非晶質シリコン膜を含むことが好ましい。この場合には、第2のi型半導体膜、第2導電型半導体膜および介在層等の残留物をさらに低減した第1導電型半導体膜の表面上に第1導電型用電極層を形成することができる。
(4)本発明の第1の態様において、n型非晶質シリコン膜のn型不純物濃度は、1×1015個/cm3以上であることが好ましい。この場合には、第2のi型半導体膜、第2導電型半導体膜および介在層等の残留物をさらに低減した第1導電型半導体膜の表面上に第1導電型用電極層を形成することができる。
(5)本発明の第1の態様において、第1導電型半導体膜は、p型非晶質シリコン膜を含み、介在層は、酸化膜を含むことが好ましい。この場合には、第2のi型半導体膜、第2導電型半導体膜および介在層等の残留物をさらに低減した第1導電型半導体膜の表面上に第1導電型用電極層を形成することができる。
(6)本発明の第1の態様において、酸化膜は、ITO膜および酸化シリコン膜の少なくとも一方を含むことが好ましい。この場合には、第2のi型半導体膜、第2導電型半導体膜および介在層等の残留物をさらに低減した第1導電型半導体膜の表面上に第1導電型用電極層を形成することができる。
(7)本発明の第1の態様において、第1のi型半導体膜と第1導電型半導体膜と介在層との厚さの合計は、5nm以上であることが好ましい。この場合には、第1のi型半導体膜と第1導電型半導体膜と介在層との積層体によるパッシベーション性を向上させることができる。
(8)本発明の第1の態様において、第2のi型半導体膜は、i型非晶質シリコン膜を含むことが好ましい。この場合にも、光電変換素子の特性および信頼性を向上することができる。
(9)本発明の第1の態様において、第1のi型半導体膜および第2のi型半導体膜によって半導体基板の表面の全面が覆われていることが好ましい。この場合には、第1のi型半導体膜および第2のi型半導体膜による半導体基板の表面のパッシベーション性を向上させることができる。
(10)本発明の第1の態様において、半導体基板は、n型単結晶シリコンを含むことが好ましい。この場合にも、光電変換素子の特性および信頼性を向上することができる。
(11)本発明の第1の態様において、第1のi型半導体膜は、i型非晶質シリコン膜を含むことが好ましい。この場合にも、光電変換素子の特性および信頼性を向上することができる。
(12)本発明の第1の態様において、第2導電型半導体膜は、n型非晶質シリコン膜を含むことが好ましい。この場合にも、光電変換素子の特性および信頼性を向上することができる。
(13)本発明の第1の態様において、第1導電型用電極層と第2導電型用電極層とが電気的に絶縁されていることが好ましい。この場合にも、光電変換素子の特性および信頼性を向上することができる。
(14)本発明の第1の態様において、半導体基板の他方の表面上に設けられた第3のi型半導体膜と、第3のi型半導体膜上に設けられた第2の第2導電型半導体膜とをさらに備えていることが好ましい。この場合にも、光電変換素子の特性および信頼性を向上することができる。
(15)本発明の第2の態様によれば、半導体基板の一方の表面上に第1のi型半導体膜を形成する工程と、第1のi型半導体膜上に第1導電型半導体膜を形成する工程と、第1導電型半導体膜上に介在層を形成する工程と、第1のi型半導体膜と第1導電型半導体膜と介在層とを含む第1の積層体の一部を厚さ方向に除去する工程と、半導体基板の表面上および介在層上に第2のi型半導体膜を形成する工程と、第2のi型半導体膜上に第2導電型半導体膜を形成する工程と、第1導電型半導体膜の一端と第2のi型半導体膜の一端との間に介在層の一部を残すように介在層と第2のi型半導体膜と第2導電型半導体膜とを含む第2の積層体の一部を厚さ方向にウエットエッチングする工程と、第1導電型半導体膜上に第1導電型用電極層を形成するとともに、第2導電型半導体膜上に第2導電型用電極層を形成する工程とを含む光電変換素子の製造方法を提供することができる。本発明の第2の態様においては、第1導電型半導体膜上に第2のi型半導体膜を直接形成した場合と比べて、第2のi型半導体膜等の残留物を低減した状態の第1導電型半導体膜の表面上に第1導電型用電極層を形成することができるため、第1導電型半導体膜に対する第1導電型用電極層のコンタクト抵抗を低減することができ、ひいては、光電変換素子の特性および信頼性を向上することができる。
(16)本発明の第2の態様において、ウエットエッチングする工程は、第1導電型半導体膜と比べて介在層のエッチングレートが大きくなるエッチャントを用いて行われることが好ましい。この場合には、ウエットエッチング後の第1導電型半導体膜の表面における第2のi型半導体膜、第2導電型半導体膜および介在層等の残留物をさらに低減することができる。
(17)本発明の第2の態様において、ウエットエッチングする工程は、第1導電型半導体膜をエッチングストップ層として行われることが好ましい。この場合には、第ウエットエッチング後の第1導電型半導体膜の表面における第2のi型半導体膜、第2導電型半導体膜および介在層等の残留物をさらに低減することができる。
(18)本発明の第2の態様において、第1導電型半導体膜は、p型非晶質シリコン膜を含み、介在層は、n型非晶質シリコン膜を含むことが好ましい。この場合には、p型非晶質シリコン膜と比べてn型非晶質シリコン膜のエッチングレートが大きくなるエッチャントを用いてウエットエッチングを行うことによって、ウエットエッチング後の第1導電型半導体膜の表面における第2のi型半導体膜、第2導電型半導体膜および介在層等の残留物をさらに低減することができる。
(19)本発明の第2の態様において、n型非晶質シリコン膜のn型不純物濃度は、1×1015個/cm3以上であることが好ましい。この場合には、p型非晶質シリコン膜と比べてn型非晶質シリコン膜のエッチングレートが大きくなるエッチャントを用いたウエットエッチングを行うことによって、ウエットエッチング後の第1導電型半導体膜の表面における第2のi型半導体膜、第2導電型半導体膜および介在層等の残留物をさらに低減することができる。
(20)本発明の第2の態様において、ウエットエッチングする工程は、アルカリ溶液を含むエッチャントを用いて行われることが好ましい。この場合には、ウエットエッチング後の第1導電型半導体膜の表面における第2のi型半導体膜、第2導電型半導体膜および介在層等の残留物をさらに低減することができる。
(21)本発明の第2の態様において、第1導電型半導体膜は、p型非晶質シリコン膜を含み、介在層は、酸化膜を含むことが好ましい。この場合には、p型非晶質シリコン膜と比べて酸化膜のエッチングレートが大きくなるエッチャントを用いたウエットエッチングを行うことによって、ウエットエッチング後の第1導電型半導体膜の表面における第2のi型半導体膜、第2導電型半導体膜および介在層等の残留物をさらに低減することができる。
(22)本発明の第2の態様において、酸化膜は、ITO膜および酸化シリコン膜の少なくとも一方を含むことが好ましい。この場合には、p型非晶質シリコン膜と比べて酸化膜のエッチングレートが大きくなるエッチャントを用いたウエットエッチングを行うことによって、ウエットエッチング後の第1導電型半導体膜の表面における第2のi型半導体膜、第2導電型半導体膜および介在層等の残留物をさらに低減することができる。
(23)本発明の第2の態様において、ウエットエッチングする工程は、フッ酸を含むエッチャントを用いて行われることが好ましい。この場合には、ウエットエッチング後の第1導電型半導体膜の表面における第2のi型半導体膜、第2導電型半導体膜および介在層等の残留物をさらに低減することができる。
(24)本発明の第2の態様において、半導体基板は、n型単結晶シリコンを含むことが好ましい。この場合にも、光電変換素子の特性および信頼性を向上することができる。
(25)本発明の第2の態様において、第1のi型半導体膜および第2のi型半導体膜は、i型非晶質シリコン膜を含むことが好ましい。この場合にも、光電変換素子の特性および信頼性を向上することができる。
(26)本発明の第2の態様において、第2導電型半導体膜は、n型非晶質シリコン膜を含むことが好ましい。この場合にも、光電変換素子の特性および信頼性を向上することができる。
(27)本発明の第2の態様は、半導体基板の他方の表面上に第3のi型半導体膜を形成する工程と、第3のi型半導体膜上に第2の第2導電型半導体膜を形成する工程とをさらに含むことが好ましい。この場合にも、光電変換素子の特性および信頼性を向上することができる。
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、上述の各実施の形態の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明は、光電変換素子および光電変換素子の製造方法に利用することができ、特に、ヘテロ接合型バックコンタクトセル等の太陽電池およびその製造方法に好適に利用することができる。
1 半導体基板、1a 凹凸、2 第1のi型半導体膜、3 第1導電型半導体膜、4 第2のi型半導体膜、5 第2導電型半導体膜、6 第3のi型半導体膜、7 第2の第2導電型半導体膜、8,31,41 介在層、9 第1金属層、10 第2金属層、11 第1導電型用電極層、12 第2導電型用電極層、21,22,23 エッチングマスク、51,52 積層体、100 半導体基板、111 太陽光、112 i型非晶質半導体層、113 n型非晶質半導体層、114 IP積層体、115 i型非晶質半導体層、116 p型非晶質半導体層、117 p側電極、117a TCO層、117b 金属層、118 絶縁層、118a 第1の絶縁層、118b 第2の絶縁層、119 IN積層体、120 i型非晶質半導体層、121 n型非晶質半導体層、122 n側電極、122a TCO層、122b 金属層。

Claims (27)

  1. 半導体基板と、
    前記半導体基板の一方の表面の一部に設けられた第1のi型半導体膜と、
    前記第1のi型半導体膜上に設けられた第1導電型半導体膜と、
    前記半導体基板の前記表面の他の一部に設けられた第2のi型半導体膜と、
    前記第2のi型半導体膜上に設けられた第2導電型半導体膜と、
    前記第1導電型半導体膜上に設けられた第1導電型用電極層と、
    前記第2導電型半導体膜上に設けられた第2導電型用電極層とを備え、
    前記第1導電型半導体膜の一端上に前記第2のi型半導体膜の一端が位置しており、
    前記第1導電型半導体膜の前記一端と前記第2のi型半導体膜の前記一端との間に介在層を備えている、光電変換素子。
  2. 前記第1導電型半導体膜は、前記介在層のエッチングストップ層である、請求項1に記載の光電変換素子。
  3. 前記第1導電型半導体膜は、p型非晶質シリコン膜を含み、
    前記介在層は、n型非晶質シリコン膜を含む、請求項1または請求項2に記載の光電変換素子。
  4. 前記n型非晶質シリコン膜のn型不純物濃度が、1×1015個/cm3以上である、請求項3に記載の光電変換素子。
  5. 前記第1導電型半導体膜は、p型非晶質シリコン膜を含み、
    前記介在層は、酸化膜を含む、請求項1または請求項2に記載の光電変換素子。
  6. 前記酸化膜は、ITO膜および酸化シリコン膜の少なくとも一方を含む、請求項5に記載の光電変換素子。
  7. 前記第1のi型半導体膜と前記第1導電型半導体膜と前記介在層との厚さの合計が、5nm以上である、請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の光電変換素子。
  8. 前記第2のi型半導体膜は、i型非晶質シリコン膜を含む、請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の光電変換素子。
  9. 前記第1のi型半導体膜および前記第2のi型半導体膜によって前記半導体基板の前記表面の全面が覆われている、請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の光電変換素子。
  10. 前記半導体基板は、n型単結晶シリコンを含む、請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載の光電変換素子。
  11. 前記第1のi型半導体膜は、i型非晶質シリコン膜を含む、請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載の光電変換素子。
  12. 前記第2導電型半導体膜は、n型非晶質シリコン膜を含む、請求項1〜請求項11のいずれか1項に記載の光電変換素子。
  13. 前記第1導電型用電極層と前記第2導電型用電極層とが電気的に絶縁されている、請求項1〜請求項12のいずれか1項に記載の光電変換素子。
  14. 前記半導体基板の他方の表面上に設けられた第3のi型半導体膜と、
    前記第3のi型半導体膜上に設けられた第2の第2導電型半導体膜とをさらに備えた、請求項1〜請求項13のいずれか1項に記載の光電変換素子。
  15. 半導体基板の一方の表面上に第1のi型半導体膜を形成する工程と、
    前記第1のi型半導体膜上に第1導電型半導体膜を形成する工程と、
    前記第1導電型半導体膜上に介在層を形成する工程と、
    前記第1のi型半導体膜と前記第1導電型半導体膜と前記介在層とを含む第1の積層体の一部を厚さ方向に除去する工程と、
    前記半導体基板の前記表面上および前記介在層上に前記第2のi型半導体膜を形成する工程と、
    前記第2のi型半導体膜上に第2導電型半導体膜を形成する工程と、
    前記第1導電型半導体膜の一端と前記第2のi型半導体膜の一端との間に前記介在層の一部を残すように前記介在層と前記第2のi型半導体膜と前記第2導電型半導体膜とを含む第2の積層体の一部を厚さ方向にウエットエッチングする工程と、
    前記第1導電型半導体膜上に第1導電型用電極層を形成するとともに、前記第2導電型半導体膜上に第2導電型用電極層を形成する工程とを含む、光電変換素子の製造方法。
  16. 前記ウエットエッチングする工程は、前記第1導電型半導体膜と比べて前記介在層のエッチングレートが大きくなるエッチャントを用いて行われる、請求項15に記載の光電変換素子の製造方法。
  17. 前記ウエットエッチングする工程は、前記第1導電型半導体膜をエッチングストップ層として行われる、請求項15または請求項16に記載の光電変換素子の製造方法。
  18. 前記第1導電型半導体膜は、p型非晶質シリコン膜を含み、
    前記介在層は、n型非晶質シリコン膜を含む、請求項15〜請求項17のいずれか1項に記載の光電変換素子の製造方法。
  19. 前記n型非晶質シリコン膜のn型不純物濃度が、1×1015個/cm3以上である、請求項18に記載の光電変換素子の製造方法。
  20. 前記ウエットエッチングする工程は、アルカリ溶液を含むエッチャントを用いて行われる、請求項18または請求項19に記載の光電変換素子の製造方法。
  21. 前記第1導電型半導体膜は、p型非晶質シリコン膜を含み、
    前記介在層は、酸化膜を含む、請求項15〜請求項17のいずれか1項に記載の光電変換素子の製造方法。
  22. 前記酸化膜は、ITO膜および酸化シリコン膜の少なくとも一方を含む、請求項21に記載の光電変換素子の製造方法。
  23. 前記ウエットエッチングする工程は、フッ酸を含むエッチャントを用いて行われる、請求項21または請求項22に記載の光電変換素子の製造方法。
  24. 前記半導体基板は、n型単結晶シリコンを含む、請求項15〜請求項23のいずれか1項に記載の光電変換素子の製造方法。
  25. 前記第1のi型半導体膜および前記第2のi型半導体膜は、i型非晶質シリコン膜を含む、請求項15〜請求項24のいずれか1項に記載の光電変換素子の製造方法。
  26. 前記第2導電型半導体膜は、n型非晶質シリコン膜を含む、請求項15〜請求項25のいずれか1項に記載の光電変換素子の製造方法。
  27. 前記半導体基板の他方の表面上に第3のi型半導体膜を形成する工程と、
    前記第3のi型半導体膜上に第2の第2導電型半導体膜を形成する工程とをさらに含む、請求項15〜請求項26のいずれか1項に記載の光電変換素子の製造方法。
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